イネの次世代耐塩性品種育成に重要な組織耐性の生理機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25292012
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 三屋 史朗 名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (70432250)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 植物 / イネ / 環境 / 耐塩性 / 生理機構

研究実績の概要

本研究では、イネの耐塩性強化のための形質同定を最終目的として、イネの耐塩性機構に関わるであろう組織耐性の生理的役割およびそのメカニズムの解明を目的とした。
はじめに、ポット試験による塩存在下での分げつ期におけるイネの成育調査を行った。供試品種として、既存の塩感受性品種および耐塩性品種を比較品種として用い、さらに組織耐性を持つ品種、超塩排除能を持つ品種など計７品種を用いた。その結果、既存の耐塩性品種および組織耐性を持つ品種は、塩存在下でも成育量の減少が少なく、この相対成長率は地上部ナトリウム含有量と必ずしも一致しなかった。一方、超塩排除能を持つ品種は、地上部ナトリウム含有量は少なかったが、相対成長率が塩感受性品種と同程度に減少した。これらの結果は、イネの耐塩性の品種間差が、地上部ナトリウム含有量だけで説明できる訳ではないことを示した。塩処理下での相対成長率は地上部ナトリウム含有量よりもむしろ水吸収量と相関関係があり、さらに塩存在下で旺盛な成育を示した品種は、水吸収量および水利用効率が塩存在下で高かった。
次に、東北大学生命科学研究科湛水生態系野外実験施設における塩水灌漑圃場を用いた、分げつ期から登熟期までの長期塩ストレスが及ぼす影響の調査を、昨年度に引き続き行った。その結果、昨年度に引き続き分げつ期に分げつ数を維持することが収量の維持に重要であることが示された。また、おもしろいことに、分げつ期における地上部ナトリウム含有量が低い品種でも、収量が高い品種と低い品種に分かれた。このことは、生殖成長の耐塩性は地上部ナトリウム含有量だけでは決まらないことを示唆している。さらに収量構成要素の各因子における塩による抑制程度を詳細に調査し、生殖成長期の組織耐性について調べる必要があることが明確になった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

ポット試験および塩水灌漑圃場試験のいずれも、各年次の環境により大きく影響を受けるため、年次の反復実験を行った。その結果、耐塩性の品種間差には昨年度および今年度の試験結果が一致したが、昨年度見られた耐塩性に有用な形質が今年度は耐塩性に十分寄与したわけではなく、各年次における結果をより詳細に解析する必要が生じた。
本研究は、イネの耐塩性における組織耐性の生理的役割およびそのメカニズムの解明を目的としている。組織耐性とは従来、葉の細胞においてナトリウムなどの有害イオンが細胞質から排除されることで細胞の生理活性を保つことと定義されていた。しかし本研究の結果から、葉の細胞だけでなく、穂などの生殖器官や葉の孔辺細胞などの部位ごとに組織耐性の生理的役割が異なることが明らかになってきた。イネの耐塩性向上のためにはすべての組織耐性に対応する必要があり、各成育ステージにどのような組織耐性が必要なのか、その考察がやや遅れている。

今後の研究の推進方策

これまでの研究により、イネの耐塩性に関わる組織耐性が、成育ステージによって異なることが明らかになってきた。すなわち、分げつ期では、葉におけるナトリウム含有量あたりの相対成長率により規定されるのに対し、生殖成長期では、葉におけるナトリウム含有量には相関しない穂形成能および転流能により規定されることが考えられた。そこで今後の研究では、各成育ステージにおける組織耐性を分けて生理的役割を調べる必要がある。これまでの研究の中で、分げつ期および生殖成長期に組織耐性を示す（または非常に弱い組織耐性を持つ）品種の単離に成功している。これらの品種を使い、各成育ステージにおける組織耐性について明確な定義付けを行う実験を行い、本研究をとりまとめる。特に生殖成長期における組織耐性はこれまでに議論されたことがなく、本研究計画に追加した。生殖成長期における組織耐性の程度の異なる品種を用い、穂形成と転流のどちらに組織耐性が関わるのかを調べる予定である。

次年度使用額が生じた理由

学術研究助成基金助成金の直接経費について、次年度使用額とした。その理由として、本研究で行う塩水灌漑圃場における試験は年次反復を設けることが重要であり、次年度も同じ試験を年次の異なる環境下で行うため、次年度の研究計画に盛り込むことにしたためである。特に生殖成長期における組織耐性を研究する際、生殖成長期に至るまでのプロセスが長いため、関与する形質はきわめて多く、年次反復を経て形質の貢献度を調べる必要がある。そのために、次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

名古屋大学東山キャンパスにおいて、イネ複数品種をポットを用いて土耕栽培し、塩害試験を行う。また、東北大学生命科学研究科湛水生態系野外実験施設において、塩水灌漑した圃場における圃場試験を行う。これらの試験において、中期および長期間の塩水灌漑を行い、イネの栄養成長期および生殖成長期にどのような影響があるのか、また収量をベースとした耐塩性イネ品種の選抜などを行う。これらにかかる旅費、物品費などに支出を予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Matching the Expression of Root Plasticity with Soil Moisture Availability Maximizes Production of Rice Plants Grown in an Experimental Sloping Bed having Soil Moisture Gradients (2015)
  • 著者名/発表者名: Kameoka E., Suralta R.R., Mitsuya S., Yamauchi A.
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: なし
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simultaneous application of controlled availability fertilizers to seeding furrows with seeding increases grain yield and quality of no-till cultivated common wheat in Japan (2015)
  • 著者名/発表者名: Tani T., Hayashi M., Hiraiwa K., Ochiai I., Mitsuya S., Suralta R.R., Yamauchi A.
  • 雑誌名: Agricultural Sciences 巻: 6 ページ: 279-290
  • DOI: http://dx.doi.org/10.4236/as.2015.63028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Root plasticity and its functional roles were triggered by water deficit but not by the resulting changes in the forms of soil N in rice (2014)
  • 著者名/発表者名: Tran T.T., Kano-Nakata M., Suralta R.R., Menge D., Mitsuya S., Inukai Y., Yamauchi A.
  • 雑誌名: Plant and Soil 巻: 386 ページ: 65-76
  • DOI: DOI 10.1007/s11104-014-2240-4
  • 査読あり
• [学会発表] Effect of soil moisture fluctuation at different growth stages on the expression of root plasticity of two upland NERICA varieties as affected by nitrogen levels (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Menge, Shuichi Asanuma, Yoshiaki Inukai, Roel R. Suralta, Mana Kano-Nakata, Shiro Mitsuya, Akira Yamauchi, Daigo Makihara
  • 学会等名: 日本作物学会第239回講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [学会発表] Low accumulation of Na+ in shoots of salt-tolerant Iranian native varieties of rice is attributed to their low bypass flow rate in the transpiration (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiro Mitsuya, Etsuko Masuda, John Damien Platten, Abdelbagi M. Ismail, Akira Yamauchi
  • 学会等名: International Rice Congress 2014
  • 発表場所: バンコク
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-11-01
• [学会発表] Toposequence position-dependent phenotypic plasticity for rice root distribution patterns in depths in response to water conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Emi Kameoka, Shiro Mitsuya, Roel R. Suralta and Akira Yamauchi
  • 学会等名: International Rice Congress 2014
  • 発表場所: バンコク
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-11-01
• [学会発表] Hydraulic architecture in the relationship of lateral root development with the maturity of xylem vessels in a seminal root system of soil-grown seedlings in rice (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuya KABUKI, Shiro MITSUYA, Akira YAMAUCHI
  • 学会等名: 8th Asian Crop Science Association Conference
  • 発表場所: ハノイ
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [学会発表] Pinching treatment improved canopy photosynthesis and seed yield in soybean (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuya Nakata, Naoko Kikuya, Motoki Hayashi, Taketo Funao, Ayako Torii, Takuya Koyama, Shiro Mitsuya, Akira Yamauchi
  • 学会等名: 8th Asian Crop Science Association Conference
  • 発表場所: ハノイ
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [学会発表] Genotypic variations in root system development, dry matter production and yield of rainfed lowland rice grown under different positions in the toposequence (2014)
  • 著者名/発表者名: Roel R. Suralta, Mana Kano-Nakata, Filomena Grospe, Maria Corazon Julaton, Anna Theresa Isabel O. Rebong, Andrea M. Flores, Yoshiaki Inukai, Jonathan M. Niones, Emi Kameoka, Shigenori Morita, Jun Abe, Yoichiro Kato, Yoshimichi Fukuta, Nobuya Kobayashi, Shiro Mitsuya, Akira Yamauchi
  • 学会等名: 8th Asian Crop Science Association Conference
  • 発表場所: ハノイ
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Functional roles of root plasticity for dry matter production as affected by drought stress, nitrogen application, and soil compaction and their interaction in rice (2014)
  • 著者名/発表者名: Thiem Thi Tran, Mana Kano-Nakata, Roel R. Suralta, Daniel Menge, Shiro Mitsuya, Yoshiaki Inukai, Akira Yamauchi
  • 学会等名: 8th Asian Crop Science Association Conference
  • 発表場所: ハノイ
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [備考] 名古屋大学大学院生命農学研究科循環資源学研究分野ホームページ
  • URL: http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~brc/jyunkanshigengaku/youkoso.html